แม่เหล็กเกิดขึ้นได้อย่างไร?

เกือบทุกคนคุ้นเคยกับแม่เหล็กพื้นฐานและสิ่งที่แม่เหล็กใช้ทำหรือทำอะไรได้บ้าง เด็กตัวเล็กๆ ถ้าให้เวลาเล่นและผสมวัสดุต่างๆ ให้เหมาะสม ก็จะรับรู้ได้อย่างรวดเร็วว่า สิ่งของต่างๆ (ซึ่งเด็กจะระบุในภายหลังว่าเป็นโลหะ) จะถูกดึงเข้าหาแม่เหล็กขณะที่สิ่งของอื่นๆ จะไม่ได้รับผลกระทบ โดยมัน และถ้าเด็กได้รับแม่เหล็กมากกว่าหนึ่งตัวให้เล่น การทดลองก็จะยิ่งน่าสนใจยิ่งขึ้นไปอีก

แม่เหล็กเป็นคำที่ครอบคลุมปฏิสัมพันธ์ที่รู้จักจำนวนหนึ่งในโลกทางกายภาพซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าของมนุษย์ แม่เหล็กพื้นฐานสองประเภทคือ เฟอร์โรแม่เหล็กซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กถาวรรอบตัวมันเอง และ themselves แม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นวัสดุที่สามารถเหนี่ยวนำแม่เหล็กชั่วคราวได้เมื่อวางไว้ในสนามไฟฟ้า เช่น ที่เกิดจากขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

ถ้ามีคนถามคุณว่า อันตรายคำถามสไตล์ "แม่เหล็กประกอบด้วยวัสดุอะไร" จากนั้นคุณสามารถมั่นใจได้ว่าไม่มีคำตอบเดียว – และติดอาวุธด้วย ข้อมูลที่อยู่ในมือ คุณยังสามารถอธิบายรายละเอียดที่เป็นประโยชน์ทั้งหมดแก่ผู้ถามของคุณได้ ซึ่งรวมถึงว่าแม่เหล็กเป็นอย่างไร ก่อตัวขึ้น

เช่นเดียวกับฟิสิกส์มากมาย เช่น แรงโน้มถ่วง เสียง และแสง สนามแม่เหล็ก "อยู่ที่นั่น" เสมอ แต่ความสามารถของมนุษย์ใน อธิบายและคาดการณ์เกี่ยวกับมันโดยอิงจากการทดลองและแบบจำลองและกรอบงานที่เป็นผลมีความคืบหน้าตลอด ศตวรรษ. สาขาวิชาฟิสิกส์ทั้งหมดได้ผุดขึ้นมาจากแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้าและแม่เหล็ก ซึ่งมักเรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้า

วัฒนธรรมโบราณทราบว่า โลดสโตนแร่แมกเนไทต์ที่มีธาตุเหล็กและออกซิเจนหายาก (สูตรทางเคมี: Fe₃โอ₄) สามารถดึงดูดเศษโลหะได้ เมื่อถึงศตวรรษที่ 11 ชาวจีนได้เรียนรู้ว่าหินก้อนนั้นที่ยาวและบางจะหมุนตัวไปตามแกนเหนือ-ใต้ หากลอยอยู่ในอากาศ ปูทางไปสู่ เข็มทิศ.

นักเดินทางชาวยุโรปที่ใช้เข็มทิศสังเกตว่าทิศทางที่ชี้ไปทางทิศเหนือแตกต่างกันเล็กน้อยตลอดการเดินทางข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก สิ่งนี้นำไปสู่การตระหนักว่าโลกโดยพื้นฐานแล้วเป็นแม่เหล็กขนาดใหญ่ โดย "ทิศเหนือแม่เหล็ก" และ "ทิศเหนือจริง" จะแตกต่างกันเล็กน้อย และแตกต่างกันตามปริมาณที่แตกต่างกันทั่วโลก (เช่นเดียวกันกับใต้จริงและแม่เหล็ก)

วัสดุจำนวนจำกัด รวมทั้งเหล็ก โคบอลต์ นิกเกิล และแกโดลิเนียม แสดงให้เห็นผลกระทบทางแม่เหล็กที่รุนแรงในตัวของมันเอง สนามแม่เหล็กทั้งหมดเป็นผลมาจากประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กัน การเหนี่ยวนำแม่เหล็กในแม่เหล็กไฟฟ้าโดยวางไว้ใกล้กับขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน กล่าวถึง แต่แม้แต่เฟอร์โรแมกเนติกก็มีสนามแม่เหล็กเพียงเพราะกระแสเล็ก ๆ ที่สร้างขึ้นที่อะตอม ระดับ

หากนำแม่เหล็กถาวรมาใกล้วัสดุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติก ส่วนประกอบของอะตอมของเหล็ก โคบอลต์ หรือวัสดุใดก็ตาม เป็นแนวเดียวกับเส้นจินตภาพของอิทธิพลของแม่เหล็กที่แผ่ออกจากขั้วเหนือและใต้ เรียกว่า แม่เหล็ก สนาม ถ้าสารถูกทำให้ร้อนและเย็นลง การทำให้เป็นแม่เหล็กสามารถทำให้ถาวรได้ แม้ว่าจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติก็ตาม การสะกดจิตนี้สามารถย้อนกลับได้ด้วยความร้อนสูงหรือการหยุดชะงักทางกายภาพ

ไม่มีแม่เหล็กโมโนโพลอยู่ นั่นคือไม่มีสิ่งที่เรียกว่า "แม่เหล็กจุด" ที่เกิดขึ้นกับประจุไฟฟ้าแบบจุด แม่เหล็กมีไดโพลแม่เหล็ก และเส้นสนามแม่เหล็กของพวกมันมีต้นกำเนิดที่ขั้วแม่เหล็กเหนือและพัดออกไปด้านนอกก่อนจะกลับสู่ขั้วใต้ โปรดจำไว้ว่า "เส้น" เหล่านี้เป็นเพียงเครื่องมือที่ใช้อธิบายพฤติกรรมของอะตอมและอนุภาค!

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ สนามแม่เหล็กเกิดจากกระแสน้ำ ในแม่เหล็กถาวร กระแสเล็ก ๆ เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในอะตอมของแม่เหล็กเหล่านี้สองประเภท: โคจรรอบโปรตอนกลางของอะตอมและการหมุนของพวกมัน หรือ ปั่น.

ในวัสดุส่วนใหญ่ ขนาดเล็ก ช่วงเวลาแม่เหล็ก ที่สร้างขึ้นโดยการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนแต่ละตัวของอะตอมที่กำหนดจะตัดกันออกจากกัน เมื่อไม่เป็นเช่นนั้น อะตอมจะทำหน้าที่เหมือนแม่เหล็กขนาดเล็ก ในวัสดุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติก โมเมนต์แม่เหล็กไม่เพียงแต่จะไม่ตัดกันเท่านั้น แต่ยังจัดแนวตัวเองใน ทิศทางเดียวกันและเลื่อนไปในทิศทางเดียวกับเส้นแม่เหล็กภายนอกที่ใช้ applied สนาม

วัสดุบางชนิดมีอะตอมที่ทำงานในลักษณะที่ยอมให้พวกมันถูกทำให้เป็นแม่เหล็กในระดับต่างๆ กันโดยสนามแม่เหล็กที่ใช้ (จำไว้ว่าคุณไม่จำเป็นต้องมีแม่เหล็กเสมอเพื่อให้มีสนามแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าที่มากพอจะทำได้) อย่างที่คุณเห็น วัสดุเหล่านี้บางส่วนไม่ต้องการส่วนที่คงอยู่ของสนามแม่เหล็ก ในขณะที่วัสดุอื่นๆ มีพฤติกรรมที่โหยหามากกว่า

รายการวัสดุแม่เหล็กที่ระบุเฉพาะชื่อของโลหะที่แสดงความเป็นแม่เหล็กจะไม่มีประโยชน์เท่ากับ a รายการวัสดุแม่เหล็กที่เรียงตามพฤติกรรมของสนามแม่เหล็กและการทำงานของสิ่งต่าง ๆ ที่กล้องจุลทรรศน์ micro ระดับ ระบบการจัดหมวดหมู่ดังกล่าวมีอยู่ และแยกพฤติกรรมแม่เหล็กออกเป็นห้าประเภท

• ไดอะแมกเนติก: วัสดุส่วนใหญ่แสดงคุณสมบัตินี้ ซึ่งโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็กภายนอกจะเรียงตัวกันในทิศทางตรงกันข้ามกับสนามแม่เหล็กที่ใช้ ดังนั้นสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจึงตรงข้ามกับสนามที่ใช้ อย่างไรก็ตาม ฟิลด์ "ปฏิกิริยา" นี้อ่อนแอมาก เนื่องจากวัสดุที่มีคุณสมบัตินี้ไม่ได้เป็นแม่เหล็กในแง่ที่มีความหมายใดๆ ความแรงของสนามแม่เหล็กจึงไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ
  
• พาราแมกเนติก: วัสดุที่มีคุณสมบัตินี้ เช่น อะลูมิเนียม จะมีอะตอมแต่ละตัวที่มีโมเมนต์ไดโพลสุทธิเป็นบวก อย่างไรก็ตาม โมเมนต์ไดโพลของอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงมักจะหักล้างกันและกัน โดยปล่อยให้วัสดุทั้งหมดไม่มีสถานะเป็นแม่เหล็ก เมื่อใช้สนามแม่เหล็ก แทนที่จะตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กโดยสิ้นเชิง ไดโพลแม่เหล็กของ อะตอมจะเรียงตัวกันไม่เต็มที่กับสนามที่ใส่ ส่งผลให้เกิดแม่เหล็กอ่อนๆ วัสดุ.
  
• แม่เหล็กไฟฟ้า: วัสดุต่างๆ เช่น เหล็ก นิกเกิล และแมกนีไทต์ (โลดสโตน) มีคุณสมบัติที่มีศักยภาพนี้ ตามที่ได้สัมผัสไปแล้ว โมเมนต์ไดโพลของอะตอมใกล้เคียงจะเรียงตัวกันแม้ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก ปฏิกิริยาของพวกมันอาจส่งผลให้สนามแม่เหล็กมีขนาดถึง 1,000 เทสลา หรือ T (หน่วย SI ของความแรงของสนามแม่เหล็ก ไม่ใช่แรง แต่บางอย่างเหมือนกัน) สนามแม่เหล็กของโลกเองนั้นอ่อนกว่า 100 ล้านเท่า!
  
• เฟอร์ริแมกเนติก: สังเกตความแตกต่างของสระเดียวจากวัสดุประเภทก่อนหน้า วัสดุเหล่านี้มักจะเป็นออกไซด์ และปฏิกิริยาทางแม่เหล็กที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกมันเกิดจากการที่อะตอมในออกไซด์เหล่านี้ถูกจัดเรียงในโครงสร้าง "ขัดแตะ" ของคริสตัล พฤติกรรมของวัสดุเฟอร์ริแมกเนติกนั้นคล้ายกับวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกมาก แต่การเรียงลำดับของ องค์ประกอบแม่เหล็กในอวกาศนั้นแตกต่างกัน นำไปสู่ระดับความไวต่ออุณหภูมิที่แตกต่างกัน และอื่นๆ ความแตกต่าง
  
• สารต้านสนามแม่เหล็ก: วัสดุประเภทนี้มีความไวต่ออุณหภูมิเป็นพิเศษ สูงกว่าอุณหภูมิที่กำหนด เรียกว่า อุณหภูมินีล หรือ T_นู๋วัสดุมีลักษณะเหมือนวัสดุพาราแมกเนติก ตัวอย่างหนึ่งของวัสดุดังกล่าวคือออกไซด์ วัสดุเหล่านี้ก็เป็นคริสตัลเช่นกัน แต่ตามชื่อของมันแล้ว ตะแกรงถูกจัดเรียงในลักษณะนี้ in ว่าปฏิกิริยาไดโพลแม่เหล็กจะถูกยกเลิกอย่างสมบูรณ์เมื่อไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอก ปัจจุบัน.